1-2晶体和晶体外形

矿石学基础主讲：陈江安电话Q及邮箱:7285151@选矿历史：①早期加工矿物的考古发现殷朝废墟出土的釉陶含SiO2达到76%,而CaO，MgO，Na2O含量相对较低；制成的白陶含Fe量也较普通粘土低。这说明大约3600多年前已经对制陶原料进行捡选处理。图１白陶古遗址中也发现红铜牌和铜器。约3000多年前，大型青铜铸件“司母戊大鼎”重875kg。其元素含量为Cu84.77%,Sn11.64%,Pb2.79%,并含有少量的Fe,Cr,Zn,As,Si,Ca等。说明当时已掌握了识别并拣选多种矿物，合理利用他们从而达到控制合金成分比例的技术。

图2司母戊大鼎《吴越春秋》记载“干将吴人也，能为剑，采五山之铁精，六合之金英”，介绍了2500年前收集和挑选各种合金矿物，用于制造精良兵器的情况。出土的越王勾践青铜剑，历经数千年，依然闪烁明亮，异常锋利，经检测剑刃含少量Cr等合金成分。图3越王勾践青铜剑考古学家认为：4000多年前，古代中国就已经掌握了区分，拣选并利用天然金属和矿物的技术。②中国古代炼铁规模汉代早期，就有政府管理的炼铁厂；唐代，铁的产量约为1000吨/年；上世纪中叶，铁产量约为100,000吨/年。图4天工开物之炼铁炉③中国古代湿法提铜用胆水制取铜金属，在西汉的《淮南万毕术》以及明朝的《神农本草经》均有记载；《读史方兴纪要》也记载了用铁粒还原铜离子为铜粉，通过铺席溜槽重选富集后，再经锻打制成铜片的选冶加工流程。④古代重选、浮选技术的

使用与记载朱砂粉碎和重选制取颜料的过程描述如下：“取来时，入巨碾槽中，轧碎如微尘，然后入缸，注清水澄浸，过三日夜，跌取其上浮者，倾入别缸，名曰二朱，其下沉结者，晒干即名头朱也”。

图5锡石在河水中重选绪论一、选矿的中心任务

是根据矿石中各矿物间的物理和物理化学性质上的差异，采用不同方法使有用矿物和脉石分离，除掉有害杂质，并把共生的有用矿物相互分离成单独的精矿。因此对矿石的正确认识和理解，就成为选矿研究首先必须解决的最重要的问题之一。通过本课程的学习需要掌握的三个方面的能力第一：能正确判读和运用地质文献中与矿石有关的文字说明与论述；第二：要对矿石组成的基本单元——矿物，从几何对称规律、晶体化学特征、结晶习性到各项物理性质，具有理性和感性两方面的坚实基础；第三：就是对地壳中各种矿物的共生组合、结构构造及金属分布等规律有比较全面的认识。二、矿石与矿物的概念1矿石的概念

a矿石是含有有用矿物成分的矿物集合体，或者说矿石是根据国民经济的需要和技术经济上的可行性进行技术加工或直接利用的矿物集合体。

b部分矿石是必须经过加工才能利用，一些矿石可以直接被利用。

二、矿石与矿物的概念c岩石和矿石的区别

岩石是指没有工业价值的矿物集合体，是矿物加工舍弃的对象，但从矿物加工的角度来说，也不是绝对的，随着技术的进步和国民经济的迫切需要，岩石也会上升为矿石，在某些行业没有用的岩石在其他行业会成为矿石。2矿物的概念

a定义：矿物是地壳中各种地质作用的产物，是地壳中自然元素所形成的自然单质和化合物。它们是岩石和矿石的基本组成单元，是成分和结构比较均一，从而具有一定形态、物理性质和化学性质，并呈各种物态出现的自然物体。

2矿物的概念b矿物的涵盖面矿物在地壳中的分布是很广泛的，如海水中的盐，湖中的水和冰；有人造矿物和自然矿物之分。人造矿物是指在实验室条件下，人工合成的与自然矿物性质相同或相似的化合物，如人造金刚石等；矿物有固态也有液态和气态的，如石油，天然气等。

2矿物的概念

c矿物在矿物加工学科中的重要性

一般来说，固体矿石加工处理的最小体积单元必须与矿石中的矿物颗粒粒度相适应，在矿物加工过程中必须把矿石中的不同矿物分离开来才能进行有效的选别，因此说矿物是我们矿物加工中最重要的概念之一。三、矿石学的学科的主要特点和主要内容1矿石学的学科特点

a矿石学是一门系统的综合性学科，它是以岩矿知识为基础，结合矿物加工工艺对矿石及其流程产物进行分析研究的一门学科。

b矿石学以地质学的内容为主，同时又有跟矿物加工工艺相结合的特点。

c矿石学中地质方面的内容包括结晶学、矿物学、岩石学、矿床学和矿相学等，同时它又结合矿物加工工艺，解决矿物加工工艺中所碰到的问题。三、矿石学的学科的主要特点和主要内容2本书的主要内容

a结晶学和矿物学基础

b成矿作用与矿石通过成矿作用的比较，了解矿石的成因与特点，并掌握常见的几种代表矿石。第一篇矿物通论crystallography1结晶学基础2矿物的形态与物理性质3矿物的化学性质结晶学基础结晶学基础1晶体2晶体外形3矿物的晶体化学自然硫晶体晶体及其基本性质晶体的内部构造晶体对称晶体的概念晶体概念石盐金刚石石墨晶体的概念晶体是内部质点在三维空间做有规律重复排列的固体。即：晶体是具有格子状构造的固体。晶体概念晶体（远古年代的定义：自发形成规则形态的物体；(图片)

现代的定义：内部结构具有周期重复性，即具有

格子构造的物体。）

格子构造（晶体结构的周期重复规律，这种规律是可以用格子状的图形－空间格子表示的。）

空间格子

（表示晶体结构周期重复规律的简单几何图形要画出空间格子，就一定要找出相当点。）

相当点（两个条件：1、性质相同，2、周围环境相同。）导出空间格子的方法：首先在晶体结构中找出相当点，再将相当点按照一定的规律连接起来就形成了空间格子。相当点（两个条件：1、性质相同，2、周围环境相同。）空间格子与具体的晶体结构是什么关系？可以认为具体的晶体结构是多套空间格子组成的，见图。具体的晶体结构是多种原子、离子组成的，使得其重复规律不容易看出来，而空间格子就是使其重复规律突出表现出来。空间格子仅仅是一个体现晶体结构中的周期重复规律的几何图形，比具体晶体结构要简单的多。

由晶体的格子构造会导致晶体的基本性质。晶体的基本性质：

★自限性:晶体能够自发地生长成规则的几何多面体形态。

★均一性:同一晶体的不同部分物理化学性质完全相同。晶体是绝对均一性，非晶体是统计的、平均近似均一性。

★异向性：同一晶体不同方向具有不同的物理性质。例如：

蓝晶石的不同方向上硬度不同。思考：

均一性与异向性有矛盾吗？异向性与自限性有什么联系?★对称性：同一晶体中，晶体形态相同的几个部分（或物理性质相同的几个部分）有规律地重复出现。例如下面的晶体形态是对称的：★最小内能性：晶体与同种物质的非晶体相比，内能最小。★稳定性：晶体比非晶体稳定。

﹡要学会用格子构造规律解释这些基本性质！（请同学们自己解释。课堂讨论）下面的问题请同学们思考并讨论：1)非晶体（玻璃）的定义及特点？

（远程规律与近程规律）2)液体、气体的结构具有什么规律？3)晶体与非晶体的转化？1.2晶体内部构造

结构基元、结点、点阵行列、面网、空间格子空间格子类型与晶胞1.1.2结构基元、结点、点阵晶体的结构单元

当一质点作周期性重复时，其周围与该质点不同的邻近质点也应作同样的周期重复，由此它们构成了晶体结构中的一个重复单位。

所有结构单元的化学组成相同、空间结构相同、排列取向相同、周围环境相同a直线上等间距排列的原子(铜)b石墨分子中某个方向上的碳原子排列c自然硒晶体中链状硒分子的螺旋状周期排列d石盐晶体中晶棱方向上的原子排列1.1.2结构基元、结点、点阵

a石盐晶体内部一个截面上的原子排列b等大原子紧密堆积中的一个层面c石墨晶体一个层面上的碳原子排列1.1.2结构基元、结点、点阵

a两个相邻最近的碳原子组成了一个结构单元b表示的石盐结构中，由一个Na+和一个Cl-组成了一个结构单元空间格子的要素：

★结点:空间格子中的点,代表具体晶体结构中的相当点.

★行列:结点在直线上的排列.（引出:结点间距）

★面网:结点在平面上的分布.

（引出:面网间距、面网密度，它们之间的关系,见下图）

★平行六面体（晶胞）:

结点在三维空间形成的最小单位(引出:晶胞参数：a,b,c;α,β,γ,也称为轴长与轴角）

abc空间格子空间格子的要素结点行列面网单位平行六面体1.2.2行列、面网、空间格子⑴所选择的平行六面体的对称型要符合整个空间格子的对称型；⑵在不违反对称型的条件下，平行六面体的棱与棱之间的直角关系力求最多；⑶在上两条的前提下，所选择的平行六面体要体积最小。单位平行六面体的选择原则

1.2.3空间格子类型与晶胞

单位平行六面体空间格子经数学推导，格子常数间的关系有如下7种：(1)a=b=c,

=

=

=90

,立方格子(等轴晶系)(2)a=b

c,

=

=

=90

,四方格子(四方晶系)(3)a=b

c,

=

=90

,

=120

,六方格子(六方晶系)(4)a=b=c,

=

=

90

,菱面体格子(三方晶系)(5)a

b

c,

=

=

=90

,斜方格子(斜方晶系)(6)a

b

c,

=

=90

，

90

,单斜格子(单斜晶系)(7)a

b

c,

90

,三斜格子(三斜晶系)格子常数棱长a,b,c夹角

,

,

1.2.3空间格子类型与晶胞

1.2.3空间格子类型与晶胞四种格子类型—按平行六面体中结点分布情况原始格子(P)底心格子C体心格子(I)面心格子(F)C心格子A心格子B心格子空间格子十四种空间格子（1）一、三斜晶系原始格子二、单斜晶系原始格子底心格子a

b

c,

90

a

b

c,

=

=90

，

90

空间格子十四种空间格子（2）三、斜方晶系原始格子底心格子体心格子面心格子a

b

c,

=

=

=90

空间格子十四种空间格子（3）四、四方晶系原始格子体心格子五、三方晶系原始格子六、六方晶系原始格子a=b

c,

=

=

=90

a=b=c,

=

=

90

a=b

c,

=

=90

，

=120

空间格子十四种空间格子（4）七、等轴晶系原始格子体心格子面心格子a=b=c,

=

=

=90

1.3晶体的对称对称的概念晶体几何外形的对称一、对称的概念

对称就是物体相同部分有规律的重复。对称性在日常生活中很常见，但对称的概念还有更深邃和更广泛的含义：变换中的不变性；建造大自然的密码；审美要素。对称的概念还在不断被科学赋予新意。二、晶体对称的特点

1）由于晶体内部都具有格子构造，通过平移，可使相同质点重复，因此，所有的晶体结构都是对称的。2）晶体的对称受格子构造规律的限制，因此，晶体的对称是有限的，它遵循“晶体对称定律”。3）晶体的对称不仅体现在外形上，同时也体现在物理性质。由以上可见:格子构造使得所有晶体都是对称的，格子构造也使得并不是所有对称都能在晶体中出现的。三、晶体的宏观对称要素对称操作

使对称图形中相同部分重复的操作，叫对称操作。

在进行对称操作时所应用的辅助几何要素（点、线、面），称为对称要素。

晶体外形可能存在的对称要素和相应的对称操作如下：

☆对称面—P

操作为反映。可以有多个对称面存在，如3P、6P等.

(请同学们在晶体模型上找对称面:示范模型)☆对称轴—Ln

操作为旋转。其中n代表轴次，意指旋转360度相同部分重复的次数。旋转一次的角度为基转角

，关系为：n=360/

。

晶体的对称定律：

晶体是具有格子构造的固体物质，这种质点格子状的分布特点决定了晶体的对称轴只有n=1，2，3，4，6这五种，不可能出现n=5，n〉6的情况。为什么呢？1、直观形象的理解：垂直五次及高于六次的对称轴的平面结构不能构成面网，且不能毫无间隙地铺满整个空间,即不能成为晶体结构。晶体对称定律对称轴在晶体上不可能存在五次及高于六次的对称轴垂直对称轴所形成的多边形网孔☆对称中心—C操作为反伸。只可能在晶体中心，只可能一个。

（请同学们在晶体模型上找对称中心）

总结：凡是有对称中心的晶体，晶面总是成对出现且两两反向平行、同形等大。

请同学们计算一下该模型有多少对称轴，和多少个对称面，对称中心。

请同学们计算一下该模型有多少对称轴，和多少个对称面，对称中心。

请同学们计算一下该模型有多少对称轴，和多少个对称面，对称中心。

请同学们计算一下该模型有多少对称轴，和多少个对称面，对称中心。六、晶体的对称分类1、晶族、晶系、晶类的划分，见表3-4。

这个表非常重要，一定要熟记。

从这个表可知有7个晶系，在第一章我们已经知道有7种空间格子形式，对应7个晶系。请同学们思考：由对称形式可以划出7个晶系，由空间格子形式也可以划出7个晶系，两种方法怎么统一？（实际上，一个是从宏观的，另一个是从微观的。）六晶体的分类晶体的宏观对称晶体低级晶族高级晶族三斜晶系单斜晶系斜方晶系三方晶系四方晶系六方晶系等轴晶系中级晶族back低级晶族：所有的对称要素必定相互平行或垂直中级晶族：除高次轴外如有其他对称要素存在时，他们必定与唯一的高次轴垂直或平行高级晶族：除4L3外，必定还有3个相互垂直的二次轴或四次轴，他们与每一个L3均以等角度相交注意本章重点总结：

1)对称要素：P,Ln,C,Lin；

2)对称要素组合：4个定理；

3)对称型：要学会用组合定理判断正确与否；

4)晶体的对称分类：3个晶族，7个晶系，32个晶类。2晶体外形单形聚形几何结晶学2.1.1晶体的理想形态（单形）单形的概念单形是由对称要素联系起来的一组晶面的总合。即藉对称型中全部对称要素的作用可以使它们相互重复的一组晶面(性质相同的晶面，在理想情况下，这些晶面应当是同形等大）晶体的理想形态晶体的理想形态47种几何单形

低级晶族柱类2.1.1晶体的理想形态（单形）晶体的理想形态47种几何单形

低级晶族柱类2.1.1晶体的理想形态（单形）晶体的理想形态47种几何单形

低级晶族柱类47种几何单形

中级晶族柱类2.1.1晶体的理想形态（单形）47种几何单形

中级晶族柱类2.1.1晶体的理想形态（单形）47种几何单形

中级晶族柱类2.1.1晶体的理想形态（单形）晶体的理想形态47种几何单形

中级晶族单锥类2.1.1晶体的理想形态（单形）晶体的理想形态47种几何单形

中级晶族双锥类2.1.1晶体的理想形态（单形）晶体的理想形态47种几何单形

中级晶族双锥类2.1.1晶体的理想形态（单形）晶体的理想形态47种几何单形

中级晶族四方四面体类四方四面体复四方偏三角面体2.1.1晶体的理想形态（单形）晶体的理想形态47种几何单形

中级晶族菱面体类菱面体复三方偏三角面体2.1.1晶体的理想形态（单形）晶体的理想形态47种几何单形

中级晶族偏方面体类2.1.1晶体的理想形态（单形）晶体的理想形态47种几何单形

高级晶族四面体类2.1.1晶体的理想形态（单形）晶体的理想形态47种几何单形

高级晶族八面体类2.1.1晶体的理想形态（单形）晶体的理想形态47种几何单形

高级晶族立方体类2.1.1晶体的理想形态（单形）晶体的理想形态47种几何单形

高级晶族十二面体类2.1.1晶体的理想形态（单形）晶体的理想形态聚形是由两个或两个以上的单形聚合而成的晶形单形相聚的原则只有属于同一对称型的各种单形才能相聚聚形分析的步骤A找出聚形的所有对称要素，确定对称型及所属晶系B观察聚形上有几类不同的晶面，把同形等大的晶面归在一起，从而决定是由几种单形组成。C数出每种单形的晶面数目，从而对单形的可能范围初步作出判断。D根据晶面数目，晶面的相对位置以及晶面与对称要素间的相互关系，便可最终确定出每种单形的名称。2.1.1晶体的理想形态（聚形）2.1.1晶体的理想形态（聚形）2.1.2晶体的实际生长形态单体的结晶习性

晶体的连生规则

几何结晶学矿物的形态理想晶体与实际晶体的差异

理想晶体的内部结构严格服从空间格子规律，外形为规则的几何多面体，面平、棱直，同一单形的晶面同形等大。

实际晶体在生长过程中受到外界条件的影响，不是严格按照理想发育。实际晶体与理想晶体的主要差别表现在：（1）内部结构：实际晶体的内部结构并非严格的按照空间格子规律形成均匀的整体，而是由许多个别的理想的均匀块段所组成，这些块段并非严格的相互平行，从而形成了所谓“镶嵌构造”。在实际晶体构造中会存在空位、位错等各种构造缺陷，有时还会有部分质点的代换以及各种包裹体等等。（2）晶面：实际晶体的晶面并非理想的平面，同一单形的晶面也不一定同形等大，从而形成所谓的“歪晶”。

2.1.2单体的结晶习性

晶体习性（结晶习性）

结晶习性指矿物晶体具有的这种保存习性见形态的性质。

晶体上只出现某种或某几种单形。但是由于结晶时的外界环境不同，发育的单形也可能不同或有所增减晶体在三维空间延伸的情况大致有下列三种类型：一向延长型：单体在三维空间只有一个方向特别发育，其晶体结构中常具有沿一个方向键力很坚强的构造链。二向延展型：单体在三维空间有二个方向特别发育，另一个方向发育较差，其内部结构中常具坚强的构造层；三向等长型：单体在三维空间的发育程度基本相同；矿物的形态2.1.2单体的结晶习性

矿物的形态2.1.2单体的结晶习性

三向等长的单体呈粒状或等轴状二向延长的单体呈板状或片状、叶片状一向延伸的单体呈柱状、针状或毛发状矿物的形态2.1.2单体的结晶习性

苦土云母重晶石金红石尖晶石黄玉锰铝榴石矿物的形态2.1.2单体的结晶习性

影响晶体习性的因素比较复杂，比较明确的有以下几个方面：（1）晶体对称性的影响（2）晶体总是由这样一些常见晶面组成的，并由它们来决定该矿物的习性形态（3）矿物晶体生长时的结晶温度、结晶速度、介质的酸碱度、杂质以及介质的流动方向和所处的空间部位等，都会对晶体习性产生影响。晶体的规则连生（1）平行连晶

同种晶体彼此平行的连生在一起，连生着的每一个晶体的相对应的晶面和晶棱都是相互平行的，这种连生称为平行连生。如明矾八面体晶体和萤石立方体晶体的平行连生。某些树枝状晶体，也是晶体平